CN108249758A - 一种低残留高硼硅玻璃的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高硼酸玻璃技术领域，具体涉及一种低残留高硼硅玻璃的制备方法，包括原料准备、球磨机球磨制备粉料、成型机成型、变速退火处理和检测入库。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中通过科学配比原料组分，在适当条件下球磨处理，能够得到光学均匀性、透过率、机械强度优异的玻璃制品，其中石墨烯和氯化铜的加入能够造成分相和析晶，提高玻璃的化学稳定性，使Tc~Tg的范围变大，有利于成型操作；退火条件的有效控制能够有效减少制品的缺陷，消除玻璃中的永久应力，提高产品的成品率。

Description

一种低残留高硼硅玻璃的制备方法
技术领域
本发明属于高硼酸玻璃技术领域，具体涉及一种低残留高硼硅玻璃的制备方法。
背景技术
高硼硅玻璃系指二氧化硅含量大于78%，氧化硼含量大于10%，由于氧化硼含量较高，二氧化硅网络结构中被氧化钠切断的网目有3/4又被硼氧三角体-四面体结构连接起来，所以，这种玻璃的融化温度较高，可达到1680℃以上，用火焰熔窑熔化时，火焰空间温度高达1750℃，考虑到熔窑寿命，一般把火焰空间的温度控制在1700℃以下，故而熔化率较小，只有0.2t/m²·d，为了解决以上问题，通常在原料中加入辅助剂进行调节，由于制备工艺复杂，制备过程中会产生很多化学残留物的问题，影响高硼硅玻璃的使用，且会带来污染，还可能会导致澄清困难、气泡和条纹难以消除，严重影响玻璃光学均匀性和机械强度等性能。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种低残留高硼硅玻璃的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种低残留高硼硅玻璃的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量准备原料：二氧化硅78.3-79.6份、氧化硼10.8-12.2份、五水偏硅酸钠1.2-1.8份、石墨烯0.4-0.6份、澄清剂0.6-1.2份、氯化铜0.1-0.3份、氧化钙0.3-0.7份；
（2）将各原料按配比混合后送入可密封球磨机中，同时加入相当于各原料总重4-6%质量浓度为1-3%的草酸溶液，在氮气氛围下以玛瑙球为磨球，球料质量比为10-14:1，转速为250-350℃的条件下，连续球磨2-4小时，得到混合粉料，混合粉料在温度为120-160℃的条件下；
（3）将混合粉料送入熔炉，使混合料温度达到1700℃，保持6-10小时，得到玻璃熔体，所得玻璃熔体在成型机中成型；
（4）将成型玻璃制品送入680-720℃的退火炉退火，保温2-4小时后，开始冷却，初始冷却速度为10℃/分钟，然后每隔10℃冷却速度增加0.25℃/分钟，直至冷却速度达到20℃/分钟后，保持冷却速度至常温；
（5）所述退火处理后的玻璃管进行外观检测后，最后包装、入库即可。
作为对上述方案的进一步改进，所述澄清剂由稀土氧化物、纳米硒粉和焦磷酸钠以重量比6:3:2混合得到。
作为对上述方案的进一步改进，所述稀土氧化物为氧化镧、氧化铈中至少一种。
作为对上述方案的进一步改进，所述玻璃熔体的成型方法为有槽垂直引上法、无槽垂直引上法或平拉法成型中的一种。
作为对上述方案的进一步改进，所述退火炉为电退火炉，能够减少杂质的引入，同时更容易控制条件；所述混合粉料的粒径不大于800nm。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中通过科学配比原料组分，在适当条件下球磨处理，能够得到光学均匀性、透过率、机械强度优异的玻璃制品，其中石墨烯和氯化铜的加入能够造成分相和析晶，提高玻璃的化学稳定性，使Tc~Tg的范围变大，有利于成型操作；退火条件的有效控制能够有效减少制品的缺陷，消除玻璃中的永久应力，提高产品的成品率。
具体实施方式
实施例1
一种低残留高硼硅玻璃的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量准备原料：二氧化硅78.9份、氧化硼11.6份、五水偏硅酸钠1.5份、石墨烯0.5份、澄清剂0.8份、氯化铜0.2份、氧化钙0.5份；
（2）将各原料按配比混合后送入可密封球磨机中，同时加入相当于各原料总重5%质量浓度为2%的草酸溶液，在氮气氛围下以玛瑙球为磨球，球料质量比为12:1，转速为300℃的条件下，连续球磨3小时，得到混合粉料，混合粉料在温度为140℃的条件下；
（3）将混合粉料送入熔炉，使混合料温度达到1700℃，保持8小时，得到玻璃熔体，所得玻璃熔体在成型机中成型；
（4）将成型玻璃制品送入700℃的退火炉退火，保温3小时后，开始冷却，初始冷却速度为10℃/分钟，然后每隔10℃冷却速度增加0.25℃/分钟，直至冷却速度达到20℃/分钟后，保持冷却速度至常温；
（5）所述退火处理后的玻璃管进行外观检测后，最后包装、入库即可。
其中，所述澄清剂由稀土氧化物、纳米硒粉和焦磷酸钠以重量比6:3:2混合得到；所述稀土氧化物为氧化镧；所述玻璃熔体的成型方法为无槽垂直引上法；所述退火炉为电退火炉，能够减少杂质的引入，同时更容易控制条件；所述混合粉料的粒径不大于800nm。
实施例2
一种低残留高硼硅玻璃的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量准备原料：二氧化硅78.3份、氧化硼12.2份、五水偏硅酸钠1.2份、石墨烯0.6份、澄清剂0.6份、氯化铜0.3份、氧化钙0.3份；
（2）将各原料按配比混合后送入可密封球磨机中，同时加入相当于各原料总重6%质量浓度为1%的草酸溶液，在氮气氛围下以玛瑙球为磨球，球料质量比为14:1，转速为250℃的条件下，连续球磨4小时，得到混合粉料，混合粉料在温度为160℃的条件下；
（3）将混合粉料送入熔炉，使混合料温度达到1700℃，保持10小时，得到玻璃熔体，所得玻璃熔体在成型机中成型；
（4）将成型玻璃制品送入720℃的退火炉退火，保温4小时后，开始冷却，初始冷却速度为10℃/分钟，然后每隔10℃冷却速度增加0.25℃/分钟，直至冷却速度达到20℃/分钟后，保持冷却速度至常温；
（5）所述退火处理后的玻璃管进行外观检测后，最后包装、入库即可。
其中，所述澄清剂由稀土氧化物、纳米硒粉和焦磷酸钠以重量比6:3:2混合得到；所述稀土氧化物为氧化铈；所述玻璃熔体的成型方法为无槽垂直引上法；所述退火炉为电退火炉，能够减少杂质的引入，同时更容易控制条件；所述混合粉料的粒径不大于800nm。
实施例3
一种低残留高硼硅玻璃的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量准备原料：二氧化硅79.6份、氧化硼10.8份、五水偏硅酸钠1.8份、石墨烯0.4份、澄清剂1.2份、氯化铜0.1份、氧化钙0.7份；
（2）将各原料按配比混合后送入可密封球磨机中，同时加入相当于各原料总重4%质量浓度为3%的草酸溶液，在氮气氛围下以玛瑙球为磨球，球料质量比为10:1，转速为350℃的条件下，连续球磨2小时，得到混合粉料，混合粉料在温度为120℃的条件下；
（3）将混合粉料送入熔炉，使混合料温度达到1700℃，保持6小时，得到玻璃熔体，所得玻璃熔体在成型机中成型；
（4）将成型玻璃制品送入680℃的退火炉退火，保温2小时后，开始冷却，初始冷却速度为10℃/分钟，然后每隔10℃冷却速度增加0.25℃/分钟，直至冷却速度达到20℃/分钟后，保持冷却速度至常温；
（5）所述退火处理后的玻璃管进行外观检测后，最后包装、入库即可。
其中，所述澄清剂由稀土氧化物、纳米硒粉和焦磷酸钠以重量比6:3:2混合得到；所述稀土氧化物为氧化镧和氧化铈以重量比3:1混合；所述玻璃熔体的成型方法为有槽垂直引上法；所述退火炉为电退火炉，能够减少杂质的引入，同时更容易控制条件；所述混合粉料的粒径不大于800nm。
设置对照组1，将实施例1中石墨烯去掉，其余内容不变；设置对照组1，将实施例1中氯化铜去掉，其余内容不变；设置对照组3，将实施例1中步骤（3）中退火时的冷却速度为固定15℃/分钟，其余内容不变；
对各组所得高硼硅玻璃的性质进行检测，得到以下结果：
表1 在不同处理条件下的化学稳定性以及力学性能
表2
经观察检测和数据分析，本发明中所得高硼硅玻璃综合性能较好，化学性能稳定，成品率达到98%以上，光学均匀性较好，具有较高的光学质量，能够扩大其适用范围。

Claims (6)

1.一种低残留高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按重量准备原料：二氧化硅78.3-79.6份、氧化硼10.8-12.2份、五水偏硅酸钠1.2-1.8份、石墨烯0.4-0.6份、澄清剂0.6-1.2份、氯化铜0.1-0.3份、氧化钙0.3-0.7份；
（2）将各原料按配比混合后送入可密封球磨机中，同时加入相当于各原料总重4-6%质量浓度为1-3%的草酸溶液，在氮气氛围下以玛瑙球为磨球，球料质量比为10-14:1，转速为250-350℃的条件下，连续球磨2-4小时，得到混合粉料，混合粉料在温度为120-160℃的条件下；
（3）将混合粉料送入熔炉，使混合料温度达到1700℃，保持6-10小时，得到玻璃熔体，所得玻璃熔体在成型机中成型；
（4）将成型玻璃制品送入680-720℃的退火炉退火，保温2-4小时后，开始冷却，初始冷却速度为10℃/分钟，然后每隔10℃冷却速度增加0.2℃/分钟，直至冷却速度达到20℃/分钟后，保持冷却速度至常温；
（5）所述退火处理后的玻璃管进行外观检测后，最后包装、入库即可。
2.如权利要求1所述一种低残留高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于，所述澄清剂由稀土氧化物、纳米硒粉和焦磷酸钠以重量比6:3:2混合得到。
3.如权利要求2所述一种低残留高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化镧、氧化铈中至少一种。
4.如权利要求1所述一种低残留高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于，所述玻璃熔体的成型方法为有槽垂直引上法、无槽垂直引上法或平拉法成型中的一种。
5.如权利要求1所述一种低残留高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于，所述退火炉为电退火炉。
6.如权利要求1所述一种低残留高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于，所述混合粉料的粒径不大于800nm。
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